题目
已知:磨床工作台液压传动系统中,活塞[1]和活塞杆[2]的直径分别为D=0.1(m),d=0.05(m),输入液压缸的流量q=8.33times10^-4(m)^3/(s),压力p=2times10^5(Pa)。试求活塞带动工作台运动的速度v=?所能克服的工作阻力R=?
已知:磨床工作台液压传动系统中,活塞[1]和活塞杆[2]的直径分别为$D=0.1\text{m}$,$d=0.05\text{m}$,输入液压缸的流量$q=8.33\times10^{-4}\text{m}^3/\text{s}$,压力$p=2\times10^5\text{Pa}$。试求活塞带动工作台运动的速度$v=$?所能克服的工作阻力$R=$?
题目解答
答案
根据题目数据,活塞有效作用面积(无杆腔)为:
\[
A = \frac{\pi D^2}{4} = \frac{\pi \times 0.1^2}{4} = 0.00785 \, \text{m}^2
\]
活塞运动速度为:
\[
v = \frac{q}{A} = \frac{8.33 \times 10^{-4}}{0.00785} \approx 0.106 \, \text{m/s}
\]
工作阻力为:
\[
R = p \cdot A = 2 \times 10^5 \times 0.00785 = 1570 \, \text{N}
\]
若为有杆腔,则 $ v \approx 0.141 \, \text{m/s} $,$ R = 1178 \, \text{N} $。但按常规理解,应为无杆腔。
答案:
速度 $ v \approx 0.106 \, \text{m/s} $,工作阻力 $ R = 1570 \, \text{N} $。
解析
本题主要考察液压传动系统中活塞运动速度和工作阻力的计算,解题思路如下:
- 首先明确活塞运动速度和工作阻力的计算公式。活塞运动速度$v$等于输入液压缸的流量$q$除以活塞的有效作用面积$A$,即$v = \frac{q}{A}$;工作阻力$R$等于输入液压缸的压力$p$乘以活塞的有效作用面积$A$,即$R = p \cdot A$。
- 然后计算活塞的有效作用面积$A$。由于题目未明确说明是无杆腔还是有杆腔,我们先按常规理解的无杆腔进行计算,无杆腔时活塞有效作用面积$A=\frac{\pi D^{2}}{4}$,其中$D$为活塞直径。
- 已知$D = 0.1\text{m}$,将其代入公式可得:
$\begin{align*}A&=\frac{\pi D^{2}}{4}\\&=\frac{\pi\times0.1^{2}}{4}\\&=\frac{\pi\times0.01}{4}\\&\approx\frac{3.14\times0.01}{4}\\&= 0.00785 \, \text{m}^2\end{align*}$
- 已知$D = 0.1\text{m}$,将其代入公式可得:
- 接着计算活塞运动速度$v$。已知输入液压缸的流量$q = 8.33\times10^{-4}\text{m}^3/\text{s}$,活塞有效作用面积$A = 0.00785 \, \text{m}^2$,将其代入速度公式可得:
$\begin{align*}v&=\frac{q}{A}\\&=\frac{8.33\times10^{-4}}{0.00785}\\&\approx 0.106 \, \text{m/s}\end{align*}$ - 最后计算工作阻力$R$。已知输入液压缸的压力$p = 2\times10^5\text{Pa}$,活塞有效作用面积$A = 0.00785 \, \text{m}^2$,将其代入阻力公式可得:
$\begin{align*}R&=p\cdot A\\&=2\times10^5\times0.00785\\&= 1570 \, \text{N}\end{align*}$ - 若考虑有杆腔的情况,此时活塞有效作用面积$A=\frac{\pi (D^{2}-d^{2})}{4}$,其中$d$为活塞杆直径。
- 已知$D = 0.1\text{m}$,$d = 0.05\text{m}$,将其代入公式可得:
$\begin{align*}A&=\frac{\pi (D^{2}-d^{2})}{4}\\&=\frac{\pi\times(0.1^{2}-0.05^{2})}{4}\\&=\frac{\pi\times(0.01 - 0.0025)}{4}\\&=\frac{\pi\times0.0075}{4}\\&\approx\frac{3.14\times0.0075}{4}\\&= 0.0058875 \, \text{m}^2\end{align*}$ - 计算有杆腔时活塞运动速度$v$:
$\begin{align*}v&=\frac{q}{A}\\&=\frac{8.33\times10^{-4}}{0.0058875}\\&\approx 0.141 \, \text{m/s}\end{align*}$ - 计算有杆腔时工作阻力$R$:
$\begin{align*}R&=p\cdot A\\&=2\times10^5\times0.0058875\\&= 1177.5\approx1178 \, \text{N}\end{align*}$
但按常规理解,应为无杆腔。
- 已知$D = 0.1\text{m}$,$d = 0.05\text{m}$,将其代入公式可得: